断路器

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断路器(Circuit Breaker)

目录

什么是断路器

  断路器是电力系统重要的开关设备,在正常运行时断路器可以接通和切断电气设备的负荷电流,在系统发生故障时则能可靠地切断短路电流。

  断路器一般由动触头、静触头、灭弧装置、操动机构及绝缘支架等构成。为实现断路器的自动控制,在操动机构中还有与断路器的传动轴联动的辅助触头。

断路器的常见类型

  目前在电力系统中断路器的类型很多,常见的有以下5种:

  (1)少油断路器。少油断路器是目有在发电厂和变电站中应用最普遍的断路器,具有用油少、体积小的优点。少油断路器的绝缘油只用作灭弧介质和触头开断后的弧隙绝缘介质,其铁质油箱外壳一般为红色,表示带电危险,其对地绝缘由瓷介质支柱来实现。

  (2)多油断路器。多油断路器的触头浸在装满绝缘油的钢桶内,绝缘油除作为灭弧介质及触头开断后的弧隙绝缘外,还作为带电部分与接地外壳间绝缘之用。钢桶外为灰色标志,表示壳体不带电。多油断路器体积大、用油多,新建厂站中已不再采用。

  (3)空气断路器。空气断路器以高压空气作为灭弧介质及触头断开后弧隙的绝缘介质,兼作操动机构的能源。空气断路器不使用绝缘油,所以其动作快、断流容量大、性能稳定、检修周期长、且无火灾危险;但结构复杂,需要配用一套空气压缩装置。

  (4)六氟化硫(SF6)断路器。六氟化硫断路器是利用非燃气体(SF6)作为灭弧和绝缘介质的新型断路器。SF6气体绝缘性能好,灭弧能力强(约为空气的100倍),有良好的冷却性。此种断路器断流能力大、绝缘距离小、检修周期长(有时称为免维护型),多用于户外配电装置中。

  (5)真空断路器。真空断路器将触头置于密闭真空容器中,利用真空作为绝缘和灭弧介质。真空断路器体积小、质量轻、性能稳定、免维护,目前生产的真空断路器只能用于35kV及以下电压等级中。

断路器的控制方式

  断路器的控制方式有多种,可按控制地点、控制电源电压和控制电源类型分类,分述如下。

  (1)按控制地点分,断路器的控制方式分为集中控制和就地(分散)控制两种。

  1)集中控制是在主控制室的控制台上,用控制开关或按钮通过电缆去接通或断开断路器的跳、合闸线圈,对断路器进行控制。一般对发电机、主变压器、母线、断路器、厂用变压器、3kV以上电压线路等主要设备都采用集中控制。

  2)就地(分散)控制是在断路器安装地点(配电现场)就地对断路器进行跳、合闸操作(可用电动或手动)。一般对10kV线路以及厂用电动机等采用就地控制,可大大减少主控制室的占地面积和控制电缆数。

  (2)按控制电源电压分,断路器的控制方式分为强电控制和弱电控制两种。

  1)强电控制指从断路器的控制开关到其操动机构的工作电压均为直流110V或220V。

  2)弱电控制指控制开关的工作电压是弱电(直流48V),而断路器的操动机构的电压是220V。目前500kV系统变电站二次设备分散布置时,在主控制室常采用弱电一对一控制。

  (3)按控制电源的类型分,断路器的控制方式可分为直流操作和交流操作(包括整流操作)两种。直流操作一般用蓄电池组供电;交流操作一般由电流互感器、电压互感器提供电源。

断路器的操动机构[1]

  断路器的操动机构是用来进行合闸、跳闸和维护其闭合状态的传动装置,设置于断路器近旁的操作箱内。

  1.操动机构的组成

  断路器的操动机构由合闸机构、分闸机构和维持机构组成。

  (1)合闸机构由合闸电磁铁及传动机构组成,电磁铁使断路器操动机构储能,以完成合闸动作。

  (2)分闸机构由分闸电磁铁及脱扣机构组成,使断路器在跳闸弹簧作用下跳闸。

  (3)维持机构使断路器保持在合闸状态。

  2.操动机构的分类

  断路器操动机构按合闸的动力来源不同可分为:

  (1)手动操动机构;

  (2)电磁操动机构;

  (3)弹簧储能操动机构;

  (4)液压操动机构;

  (5)气动操动机构。

  3.断路器液压操动机构

  高压断路器是电力输送的关键设备,它在电网中承担着控制和保护的双重任务,而操动机构是高压断路器的关键部件之一。手动操动机构、电磁操动机构、弹簧储能操动机构、断路器控制回路均比较简单,气压操动机构不常使用,而“操动机构液压化”是国内外发展的趋势。液压操动机构的作用是当分、合闸指令到来之时,通过电磁铁把分、合闸电信号转化为机械信号,并通过多级液压阀放大,迅速控制液压缸带动触头动作,完成高压断路器的分、合闸任务。液压操动机构属于高速大功率双稳态电液驱动系统,因此对它的研究必须放在如何高速(动作时问以毫秒计算)、进行两个稳态(即合闸、分闸状态)的转换、大功率(瞬时功率达干kW级)控制基础上。当然,考虑到电力输送的特殊性,可靠性应始终放在第一位。对新型液压操动机构配500kV双断口50~63kA落地罐式SF。

  超高压二周期断路器,根据工作需要,液压操动机构必须满足以下要求:

  (1)除动作可靠外,还必须确保分、合闸状态时具有自保持作用和防“失压慢合”、“失压慢分”的作用。

  (2)应满足断路器的固分、固合时间和分、合闸速度特性等要求。现所配断路器要求固分时问不大于20ms,断路器触头的刚分速度为10.5~11.5m/s、刚合速度为4~5m/s。

  (3)液压缸有良好的缓冲性能,以防止液压系统过高的冲击压力而造成机构的损坏。

  (4)不允许有外泄漏,尽量减少内泄,以降低补油泵向蓄能器补油的次数,提高系统可靠性,在分闸或合闸状态额定油压下静止24h,压力下降应不大于2.5MPa。

参考文献

  1. 景敏慧.变电站电气二次回路及抗干扰.中国电力出版社,2010.12.
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